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第四章　化学反应与电能
提升课时
电化学中的离子交换膜
9
1.了解常见离子交换膜的类型和功能，学会正确解答与此相关的电化学问题。2.结合离子交换膜的知识，构建电化学的解题思路，提升运用模型解决问题的能力。
学习目标
一、知识储备
二、分类突破
目
录
CONTENTS
课后巩固训练
一、知识储备
1.离子交换膜的种类
阳离子交换膜 只允许阳离子透过，不允许阴离子或某些分子透过
阴离子交换膜 只允许阴离子透过，不允许阳离子或某些分子透过
质子交换膜 只允许H＋透过，不允许其他阳离子和阴离子透过
双极膜 由一张阳膜和一张阴膜复合制成的阴、阳复合膜。该膜特点是在直流电的作用下，阴、阳膜复合层间的H2O解离成H＋和OH－并分别通过阳膜和阴膜，作为H＋和OH－的离子源
2.离子交换膜的应用
(1)用离子交换膜隔离某些分子和离子，防止副反应的发生。
例如：氯碱工业中，阳离子交换膜的作用就是阻止阴离子(Cl－)和气体(Cl2)通过，防止氯气和NaOH反应。
(2)离子交换膜制备物质、分离物质等。
以电渗析法制备H3PO2为例，其原理如图所示。
(3)离子交换膜使具有浓度差的离子进行选择性迁移。
离子从“浓→稀”的溶液区移出，移向“稀→浓”的溶液区
以电化学制备K2Cr2O7为例，其原理如图所示，其中a、b均为石墨电极。
【解题思路】　电化学中的离子交换膜解题思路
二、分类突破
1.原电池中的离子交换膜
【例1】　(2024·苏州高二期中)微生物燃料电池可用于净化含铬废水，其工作原理如图所示，该电池工作时，下列说法不正确的是(　　)
D
【题后归纳】　含离子交换膜原电池的工作原理模型
原电池装置中，离子在内电路的移动方向可以归纳为：阳离子(带正电)移向正极，阴离子(带负电)移向负极，即“正正负负”。
【对点练1】　某科研机构研发的NO空气燃料电池的工作原理如图所示，下列叙述正确的是(　　)
D
A.BP膜中OH－均向左侧溶液移动，M膜为一价阳离子交换膜
B.当阴极产生22.4 L气体(标准状况)时，
M膜和N膜各有2 mol离子通过
C.溶液a的主要溶质为ZnSO4和CuSO4
D.电解过程中，高盐废水pH不宜过高
A
解析　该装置为电解池，左侧电极为阳极，右侧电极为阴极，用于回收ZnSO4、CuSO4，并除去F－和Cl－，工作时阴离子移向阳极，阳离子移向阴极，且M膜、N膜为相同的一价离子交换膜，则M膜为阴离子交换膜，阳极反应为2H2O－4e－===4H＋＋O2↑，阴极反应为2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑，双极膜(BP)中解离的OH－移向高盐废水室中与H＋发生中和反应，所以溶液a主要为ZnSO4、CuSO4，溶液b主要为HF、HCl。电解池中阳离子向阴极移动，BP膜中H＋均向右侧溶液迁移；F－和Cl－通过M膜向左侧迁移，则M膜为一价阴离子交换膜，A错误；阴极反应为2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑，当阴极产生22.4 L气体(标准状况下为1 mol)时有2 mol离子通过M膜和N膜，B正确；电解池工作时F－和Cl－通过M膜向左侧迁移，H＋与右侧双极膜迁移出来的OH－中和，则反应后得到的溶液a的溶质主要为ZnSO4和CuSO4，C正确；电解过程中，若pH过高则会导致Zn2＋、Cu2＋转化为沉淀，故应控制高盐废水的pH不能过高，D正确。
【对点练2】　生产硝酸钙的工业废水常含有NH4NO3，可用电解法净化。其工作原理如图所示。下列有关说法正确的是(　　)
C
3.利用交换膜进行物质制备
【例3】　(2024·南阳高二期中)已知四甲基氢氧化铵[(CH3)4NOH]是一种有机强碱，常用作电子工业清洗剂。以四甲基氯化铵[(CH3)4NCl]为原料，采用电渗析法合成[(CH3)4NOH]，工作原理如图。下列说法中错误的是(　　)
A.光伏并网发电装置中P型半导体电势高
B.c为阳离子交换膜，e为阴离子交换膜
C.b电极反应方程式为4OH－－4e－===
O2↑＋2H2O
D.制备182 g四甲基氢氧化铵，两极共产生33.6 L气体(标准状况)
B
A
4.利用交换膜进行“三废”处理和环境保护
【例4】　在直流电源作用下，双极膜中间层中的H2O解离为H＋和OH－，利用双极膜电解池产生强氧化性的羟基自由基(·OH)，处理含苯酚废水和含SO2的烟气的工作原理如图所示。下列说法错误的是(　　)
A.电势：N电极＞M电极
B.阴极电极反应式为O2＋2e－＋2H＋
===2·OH
C.每处理9.4 g苯酚，理论上有2.8 mol
H＋透过膜a
D.若·OH只与苯酚和SO2反应，则参加
反应的苯酚和SO2物质的量之比为1∶14
C
解析　M极上O2得电子生成羟基自由基(·OH)，说明M极为阴极，连接电源的负极，N极为阳极，故电势：N电极＞M电极，A正确；M为阴极，阴极上O2得电子生成羟基自由基(·OH)，电极反应式为O2＋2e－＋2H＋===2·OH，B正确；1 mol苯酚转化为CO2，转移28 mol电子，每处理9.4 g苯酚(即0.1 mol)，理论上有2.8 mol电子转移，则有2.8 mol H＋透过膜b，C错误；若·OH只与苯酚和SO2反应，转移电子数之比为28∶2，则参加反应的苯酚和SO2物质的量之比为1∶14，D正确。
A.直流电源为铅酸蓄电池时，PbO2极连接X电极
B.Y电极上发生还原反应
C.阳极电极反应方程式为2H2O－4e－===O2↑＋4H＋
D.当产生28 g N2时，一定有6 mol H＋穿过质子交换膜
D
(1)交换膜b为________离子交换膜
(填“阴”或“阳”)。
(2)阳极的电极反应式为
______________________________。
(3)若从浓缩室收集到1 L 0.5 mol/L的
Na2SO4溶液，则阴极可回收________ g铜(不考虑副反应)。
阴
2Cl－－2e－===Cl2↑
25.6
A.石墨电极a上的电极反应式为
2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑
B.电解过程中，己室pH增大
C.Li＋富集室为乙室和丁室
D.每转移1 mol电子，经过C交
换膜的离子小于1 mol
B
课后巩固训练
1.某改进后的锌铜原电池装置如图所示，其中阳离子交换膜只允许阳离子和水分子通过。下列有关叙述正确的是(　　)
A.正极发生的反应为Zn2＋＋2e－===Zn
B.乙中的Cu2＋通过交换膜移向甲
C.每消耗1 mol Zn，电路中转移2个e－
D.该装置可以防止Zn直接与CuSO4反应
D
解析　铜极为正极，铜离子得到电子发生还原反应生成铜Cu2＋＋2e－===Cu，A错误；原电池中阳离子向正极移动，故甲中的Zn2＋通过交换膜移向乙，B错误；锌较活泼，失去电子发生氧化反应Zn－2e－===Zn2＋，则每消耗1 mol Zn，电路中转移2NA e－，C错误；该装置通过阳离子交换膜可以防止Zn直接与CuSO4反应，D正确。
2.一种水性电解液Al－PbO2离子选择隔膜电池如图所示{ KOH溶液中，Al3＋以[Al(OH)4]－的形式存在}。电池放电时，下列叙述正确的是(　　)
B
3.如下所示电解装置中，通电后石墨电极Ⅱ上有O2生成，Fe2O3逐渐溶解，下列判断错误的是(　　)
A.a是电源的负极
B.通电一段时间后，向石
墨电极Ⅱ附近滴加石蕊溶
液，出现红色
C.随着电解的进行，CuCl2溶液浓度变大
D.当0.01 mol Fe2O3完全溶解时，至少产生气体336 mL(标准状况)
C
4.利用电解法制备Ca(H2PO4)2并得到副产物NaOH和Cl2。下列说法正确的是(　　)
A.C膜可以为质子交换膜
B.阴极室的电极反应式为
2H2O－4e－===O2↑＋4H＋
C.可用铁电极替换阴极的石墨电极
D.每转移2 mol e－，阳极室中c(Ca2＋)降低1 mol·L－1
C
解析　通过图示分析C膜只能是阳离子交换膜，A项错误；阴极室的电极反应式为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，B项错误；阴极电极不参与反应，故可用铁电极替换阴极的石墨电极，C项正确；未给出溶液体积，无法计算浓度，D项错误。
5.Co是磁性合金的重要材料，也是维生素重要的组成元素。工业上可用如下装置制取单质Co并获得副产品盐酸(A、B均为离子交换膜)：
下列说法正确的是(　　)
A.若阴极析出5.9 g Co，则加入0.1 mol
Co(OH)2可将溶液恢复至原状态
B.A为阴离子交换膜，B为阳离子交换膜
C.若产品室Δn(HCl)＝0.2 mol，则两电解
室溶液的质量变化差为|Δm阴极室溶液|－|Δm阳极室溶液|＝11.2 g
D.电解结束后，阳极室溶液的pH值增大
C
6.二氧化碳的再利用是实现温室气体减排的重要途径之一。在稀H2SO4中利用电催化可将CO2同时转化为多种燃料，其原理如图所示，下列说法错误的是(　　)
A.一段时间后，阴极区溶液质量会减少
B.离子交换膜为阳离子交换膜
C.Pt电极上的电极反应式为2H2O－4e－===O2↑＋4H＋
D.若阴极只生成0.15 mol CO和0.35 mol HCOOH，则电路中转移电子的物质的量为1 mol
A
解析　进入阴极区的二氧化碳和氢离子的质量大于生成的CO、CH4、C2H4的总质量，阴极区溶液质量会增加，A错误；由电荷守恒可知，氢离子由左侧向右侧迁移，故离子交换膜为阳离子交换膜，B正确；Pt电极为阳极，电极反应式为2H2O－4e－===O2↑＋4H＋，C正确；二氧化碳生成CO和HCOOH时，碳元素均由＋4价降低为＋2价，阴极只生成0.15 mol CO和0.35 mol HCOOH，则电路中转移电子的物质的量为(0.15 mol＋0.35 mol)×2＝1 mol，D正确。
7.双极膜在电渗析中应用广泛，它是由阳离子交换膜和阴离子交换膜复合而成。双极膜内层为水层，工作时水层中的H2O解离成H＋和OH－，并分别通过离子交换膜向两侧发生迁移。下图为NaBr溶液的电渗析装置示意图。
下列说法正确的是(　　)
A.出口2的产物为HBr溶液
B.出口5的产物为硫酸溶液
C.Br－可从盐室最终进入阳极液中
D.阴极电极反应式为2H＋＋2e－===H2↑
D
解析　电解时， 溶液中的阳离子向阴极移动，阴离子向阳极移动，溶液中的Na＋向阴极移动，与双极膜提供的氢氧根离子结合，故出口2的产物为NaOH溶液，A错误；电解时， 溶液中的阳离子向阴极移动，阴离子向阳极移动，溶液中的Br－向阳极移动，与双极膜提供的氢离子结合，故出口4的产物为HBr溶液，钠离子不能通过双极膜，故出口5不是硫酸，B错误；结合选项B，Br－不会从盐室最终进入阳极液中，C错误；电解池阴极处，发生的反应是物质得到电子被还原，发生还原反应，水解离成H＋和OH－，则在阴极处发生的反应为2H＋＋2e－===H2↑，D正确。
8.利用电解可回收利用工业废气中的CO2和SO2，从而实现变废为宝，工作原理如图。下列说法正确的是(　　)
B
9.利用反应6NO2＋8NH3===7N2＋12H2O为原理设计电池(如图所示，a、b电极均为惰性电极)，既能实现有效消除氮氧化物的排放，减小环境污染，又能充分利用化学资源。(阳离子交换膜只允许阳离子通过)
(1)电池工作时，电解质溶液中的K＋穿过阳离子交换
膜向________(填“a”或“b”)电极移动。
(2)b电极上的电极反应式为_______________________________________。
(3)电池工作一段时间后，左侧工作室溶液的pH________(填“变大”“变小”或“不变”)。
(4)电池工作时，每转移0.2 mol电子，此时右侧工作室溶液的质量将________(填“增大”或“减小”)________ g。
b
4H2O＋2NO2＋8e－===N2＋8OH－
变小
增大
9.4
解析　(1)根据方程式分析氨气中氮化合价升高，失去电子，作负极，则a为负极，b为正极，电池工作时，根据原电池“同性相吸”，则电解质溶液中的K＋穿过阳离子交换膜向b电极移动。(2)b电极是二氧化氮得到电子变为氮气，则电极反应式为4H2O＋2NO2＋8e－===N2＋8OH－。(3)电池工作一段时间后，a电极电极反应式为2NH3＋6e－＋6OH－===N2＋6H2O，则左侧工作室溶液的pH变小。(4)电池工作时，每转移0.2 mol电子，此时左侧有0.2 mol钾离子进入到右侧，0.05 mol二氧化氮消耗，生成0.025氮气，因此右侧工作室溶液的质量将增大0.2 mol×39 g·mol－1＋0.05 mol×46 g·mol－1－0.025 mol×28 g·mol－1＝9.4 g。
10.LiSO2Cl2电池可作为电源电解制备Ni(H2PO2)2，其工作原理如图所示。已知电池反应方程式为2Li＋SO2Cl2===2LiCl＋SO2↑。
回答下列问题：
(1)Li电极是________(填“正极”或“负极”)，C电极上的电极反应为__________________________________________________________。
(2)Li电极与________(填“镍”或“不锈钢”)相连，膜c为________交换膜(填“阳离子”或“阴离子”)。
(3)电解一段时间后，Ⅳ室中氢氧化钠溶液浓度将________(填“增大”“减小”或“不变”)。
(4)理论上产品室每获得283.5 g的Ni(H2PO2)2，Li电极的质量减少________ g。
负极
SO2Cl2＋2e－===2Cl－＋SO2↑
不锈钢
阳离子
增大
21提升课时9　电化学中的离子交换膜
学习目标　1.了解常见离子交换膜的类型和功能，学会正确解答与此相关的电化学问题。2.结合离子交换膜的知识，构建电化学的解题思路，提升运用模型解决问题的能力。
一、知识储备
1.离子交换膜的种类
阳离子 交换膜 只允许阳离子透过，不允许阴离子或某些分子透过
阴离子 交换膜 只允许阴离子透过，不允许阳离子或某些分子透过
质子 交换膜 只允许H＋透过，不允许其他阳离子和阴离子透过
双极膜 由一张阳膜和一张阴膜复合制成的阴、阳复合膜。该膜特点是在直流电的作用下，阴、阳膜复合层间的H2O解离成H＋和OH－并分别通过阳膜和阴膜，作为H＋和OH－的离子源
2.离子交换膜的应用
(1)用离子交换膜隔离某些分子和离子，防止副反应的发生。
例如：氯碱工业中，阳离子交换膜的作用就是阻止阴离子(Cl－)和气体(Cl2)通过，防止氯气和NaOH反应。
(2)离子交换膜制备物质、分离物质等。
以电渗析法制备H3PO2为例，其原理如图所示。
离子移动方向及交换膜类型：产品室为阳极，原料室中的阴离子H2PO移向产品室，膜1为阴离子交换膜；原料室中的阳离子Na＋移向阴极室，膜2为阳离子交换膜。
阳极：电极反应为2H2O－4e－===O2↑＋4H＋，产生的H＋结合移入的H2PO生成H3PO2。
阴极：电极反应为2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑，产生的OH－结合移入的Na＋生成NaOH。
(3)离子交换膜使具有浓度差的离子进行选择性迁移。
离子从“浓→稀”的溶液区移出，移向“稀→浓”的溶液区
以电化学制备K2Cr2O7为例，其原理如图所示，其中a、b均为石墨电极。
左侧：为“稀→浓”的溶液区，则右侧的K＋通过K＋交换膜移向左侧，a极为阴极，电极反应为2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑，产生的OH－结合移入的K＋生成KOH。
右侧：b极为阳极，电极反应为2H2O－4e－===4H＋＋O2↑，使溶液中的反应2CrO＋2H＋??Cr2O＋H2O正向进行，生成K2Cr2O7。
【解题思路】　电化学中的离子交换膜解题思路
二、分类突破
1.原电池中的离子交换膜
【例1】　(2024·苏州高二期中)微生物燃料电池可用于净化含铬废水，其工作原理如图所示，该电池工作时，下列说法不正确的是(　　)
A.M极是电池的负极
B.CH3OH在电极上发生氧化反应
C.N电极附近溶液的pH增大
D.若0.1 mol Cr2O参加反应，则有0.8 mol H＋从交换膜右侧向左侧迁移
听课笔记　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
【题后归纳】　含离子交换膜原电池的工作原理模型
原电池装置中，离子在内电路的移动方向可以归纳为：阳离子(带正电)移向正极，阴离子(带负电)移向负极，即“正正负负”。
【对点练1】　某科研机构研发的NO－空气燃料电池的工作原理如图所示，下列叙述正确的是(　　)
A.a电极为电池负极
B.电池工作时H＋透过质子交换膜从右向左移动
C.当外电路中通过0.2 mol电子时，a电极处消耗O2 1.12 L
D.b电极的电极反应：NO－3e－＋2H2O===4H＋＋NO
2.利用交换膜进行物质的分离与提纯
【例2】　某有色金属工业的高盐废水中主要含有H＋、Cu2＋、Zn2＋、SO、F－和Cl－，利用如图电解装置可回收ZnSO4、CuSO4并尽可能除去F－和Cl－，其中双极膜(BP)中间层的H2O解离为H＋和OH－，并在直流电场作用下分别向两极迁移，M膜、N膜为相同的一价离子交换膜。下列说法错误的是(　　)
A.BP膜中OH－均向左侧溶液移动，M膜为一价阳离子交换膜
B.当阴极产生22.4 L气体(标准状况)时，M膜和N膜各有2 mol离子通过
C.溶液a的主要溶质为ZnSO4和CuSO4
D.电解过程中，高盐废水pH不宜过高
听课笔记　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
【对点练2】　生产硝酸钙的工业废水常含有NH4NO3，可用电解法净化。其工作原理如图所示。下列有关说法正确的是(　　)
A.a极为电源负极，b极为电源正极
B.装置工作时电子由b极流出，经导线、电解槽流入a极
C.Ⅰ室能得到副产品浓硝酸，Ⅲ室能得到副产品浓氨水
D.阴极的电极反应式为2NO＋12H＋＋10e－===N2↑＋6H2O
3.利用交换膜进行物质制备
【例3】　(2024·南阳高二期中)已知四甲基氢氧化铵[(CH3)4NOH]是一种有机强碱，常用作电子工业清洗剂。以四甲基氯化铵[(CH3)4NCl]为原料，采用电渗析法合成[(CH3)4NOH]，工作原理如图。下列说法中错误的是(　　)
A.光伏并网发电装置中P型半导体电势高
B.c为阳离子交换膜，e为阴离子交换膜
C.b电极反应方程式为4OH－－4e－===O2↑＋2H2O
D.制备182 g四甲基氢氧化铵，两极共产生33.6 L气体(标准状况)
听课笔记　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
【对点练3】　硼酸(H3BO3)为一元弱酸，已知H3BO3与足量NaOH溶液反应的离子方程式为H3BO3＋OH－===B(OH)，H3BO3可以通过电解的方法制备。其工作原理如图所示(阳膜和阴膜分别只允许阳离子、阴离子通过)。下列说法正确的是(　　)
A.当电路中通过1 mol电子时，可得到1 mol H3BO3
B.将电源的正负极反接，工作原理不变
C.阴极室的电极反应式为2H2O－4e－===O2↑＋4H＋
D.B(OH)穿过阴膜进入阴极室，Na＋穿过阳膜进入产品室
4.利用交换膜进行“三废”处理和环境保护
【例4】　在直流电源作用下，双极膜中间层中的H2O解离为H＋和OH－，利用双极膜电解池产生强氧化性的羟基自由基(·OH)，处理含苯酚废水和含SO2的烟气的工作原理如图所示。下列说法错误的是(　　)
A.电势：N电极＞M电极
B.阴极电极反应式为O2＋2e－＋2H＋===2·OH
C.每处理9.4 g苯酚，理论上有2.8 mol H＋透过膜a
D.若·OH只与苯酚和SO2反应，则参加反应的苯酚和SO2物质的量之比为1∶14
听课笔记　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
【对点练4】　含有硝酸盐和亚硝酸盐的酸性废水可导致水体富营养化，引发环境污染。如图是利用电化学原理处理NO的原理，下列有关叙述错误的是(　　)
A.直流电源为铅酸蓄电池时，PbO2极连接X电极
B.Y电极上发生还原反应
C.阳极电极反应方程式为2H2O－4e－===O2↑＋4H＋
D.当产生28 g N2时，一定有6 mol H＋穿过质子交换膜
5.运用离子交换膜从废液中回收物质
【例5】　电解精炼铜的废液中含大量Cu2＋和SO，利用双膜三室电沉积法回收铜的装置如图。
(1)交换膜b为____________离子交换膜(填“阴”或“阳”)。
(2)阳极的电极反应式为_________________________________________。
(3)若从浓缩室收集到1 L 0.5 mol/L的Na2SO4溶液，则阴极可回收____________ g铜(不考虑副反应)。
听课笔记　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
【对点练5】　(2024·邢台高二期末)电渗析法可以富集盐湖卤水中的锂，原理如图所示，其中料液中主要含有Na＋、Li＋、Cl－、SO。下列说法错误的是(　　)
A.石墨电极a上的电极反应式为2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑
B.电解过程中，己室pH增大
C.Li＋富集室为乙室和丁室
D.每转移1 mol电子，经过C交换膜的离子小于1 mol
：课后完成　第四章　提升课时9提升课时9　电化学中的离子交换膜
学习目标　1.了解常见离子交换膜的类型和功能，学会正确解答与此相关的电化学问题。2.结合离子交换膜的知识，构建电化学的解题思路，提升运用模型解决问题的能力。
一、知识储备
1.离子交换膜的种类
阳离子交换膜 只允许阳离子透过，不允许阴离子或某些分子透过
阴离子交换膜 只允许阴离子透过，不允许阳离子或某些分子透过
质子交换膜 只允许H＋透过，不允许其他阳离子和阴离子透过
双极膜 由一张阳膜和一张阴膜复合制成的阴、阳复合膜。该膜特点是在直流电的作用下，阴、阳膜复合层间的H2O解离成H＋和OH－并分别通过阳膜和阴膜，作为H＋和OH－的离子源
2.离子交换膜的应用
(1)用离子交换膜隔离某些分子和离子，防止副反应的发生。
例如：氯碱工业中，阳离子交换膜的作用就是阻止阴离子(Cl－)和气体(Cl2)通过，防止氯气和NaOH反应。
(2)离子交换膜制备物质、分离物质等。
以电渗析法制备H3PO2为例，其原理如图所示。
离子移动方向及交换膜类型：产品室为阳极，原料室中的阴离子H2PO移向产品室，膜1为阴离子交换膜；原料室中的阳离子Na＋移向阴极室，膜2为阳离子交换膜。
阳极：电极反应为2H2O－4e－===O2↑＋4H＋，产生的H＋结合移入的H2PO生成H3PO2。
阴极：电极反应为2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑，产生的OH－结合移入的Na＋生成NaOH。
(3)离子交换膜使具有浓度差的离子进行选择性迁移。
离子从“浓→稀”的溶液区移出，移向“稀→浓”的溶液区
以电化学制备K2Cr2O7为例，其原理如图所示，其中a、b均为石墨电极。
左侧：为“稀→浓”的溶液区，则右侧的K＋通过K＋交换膜移向左侧，a极为阴极，电极反应为2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑，产生的OH－结合移入的K＋生成KOH。
右侧：b极为阳极，电极反应为2H2O－4e－===4H＋＋O2↑，使溶液中的反应2CrO＋2H＋??Cr2O＋H2O正向进行，生成K2Cr2O7。
【解题思路】　电化学中的离子交换膜解题思路
二、分类突破
1.原电池中的离子交换膜
【例1】　(2024·苏州高二期中)微生物燃料电池可用于净化含铬废水，其工作原理如图所示，该电池工作时，下列说法不正确的是(　　)
A.M极是电池的负极
B.CH3OH在电极上发生氧化反应
C.N电极附近溶液的pH增大
D.若0.1 mol Cr2O参加反应，则有0.8 mol H＋从交换膜右侧向左侧迁移
答案　D
解析　由图可知，微生物和水分子作用下甲醇在负极失去电子发生氧化反应生成二氧化碳和氢离子，所以M电极为原电池的负极，A和B均正确；电极N为正极，还原菌作用下氧气、重铬酸根离子酸性条件下在正极得到电子发生还原反应生成水、氢氧化铬，电极反应式为O2＋4e－＋4H＋===2H2O、Cr2O＋6e－＋8H＋===2Cr(OH)3＋H2O，原电池工作时正极消耗氢离子，且氢离子向正极移动，但是N极消耗的H＋比M极迁移过来的多，溶液中氢离子浓度减小，所以N电极附近溶液的pH增大，C正确；电极N为正极，还原菌作用下氧气、重铬酸根离子酸性条件下在正极得到电子发生还原反应生成水、氢氧化铬，电极反应式为O2＋4e－＋4H＋===2H2O、Cr2O＋6e－＋8H＋===2Cr(OH)3＋H2O，则若有0.1 mol重铬酸根离子参加反应，从交换膜左侧向右侧迁移的氢离子的物质的量大于0.6 mol，D错误。
【题后归纳】　含离子交换膜原电池的工作原理模型
原电池装置中，离子在内电路的移动方向可以归纳为：阳离子(带正电)移向正极，阴离子(带负电)移向负极，即“正正负负”。
【对点练1】　某科研机构研发的NO空气燃料电池的工作原理如图所示，下列叙述正确的是(　　)
A.a电极为电池负极
B.电池工作时H＋透过质子交换膜从右向左移动
C.当外电路中通过0.2 mol电子时，a电极处消耗O2 1.12 L
D.b电极的电极反应：NO－3e－＋2H2O===4H＋＋NO
答案　D
解析　该燃料电池，燃料通入电池负极发生氧化反应，则b为负极；氧气在正极发生还原反应，则a为正极，A错误；原电池中氢离子向正极移动，故电池工作时H＋透过质子交换膜从左向右移动，B错误；C项，没有标况，不能计算氧气的体积，c错误；b电极上NO失去电子发生氧化反应生成硝酸，电极反应：NO－3e－＋2H2O===4H＋＋NO，D正确。
2.利用交换膜进行物质的分离与提纯
【例2】　某有色金属工业的高盐废水中主要含有H＋、Cu2＋、Zn2＋、SO、F－和Cl－，利用如图电解装置可回收ZnSO4、CuSO4并尽可能除去F－和Cl－，其中双极膜(BP)中间层的H2O解离为H＋和OH－，并在直流电场作用下分别向两极迁移，M膜、N膜为相同的一价离子交换膜。下列说法错误的是(　　)
A.BP膜中OH－均向左侧溶液移动，M膜为一价阳离子交换膜
B.当阴极产生22.4 L气体(标准状况)时，M膜和N膜各有2 mol离子通过
C.溶液a的主要溶质为ZnSO4和CuSO4
D.电解过程中，高盐废水pH不宜过高
答案　A
解析　该装置为电解池，左侧电极为阳极，右侧电极为阴极，用于回收ZnSO4、CuSO4，并除去F－和Cl－，工作时阴离子移向阳极，阳离子移向阴极，且M膜、N膜为相同的一价离子交换膜，则M膜为阴离子交换膜，阳极反应为2H2O－4e－===4H＋＋O2↑，阴极反应为2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑，双极膜(BP)中解离的OH－移向高盐废水室中与H＋发生中和反应，所以溶液a主要为ZnSO4、CuSO4，溶液b主要为HF、HCl。电解池中阳离子向阴极移动，BP膜中H＋均向右侧溶液迁移；F－和Cl－通过M膜向左侧迁移，则M膜为一价阴离子交换膜，A错误；阴极反应为2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑，当阴极产生22.4 L气体(标准状况下为1 mol)时有2 mol离子通过M膜和N膜，B正确；电解池工作时F－和Cl－通过M膜向左侧迁移，H＋与右侧双极膜迁移出来的OH－中和，则反应后得到的溶液a的溶质主要为ZnSO4和CuSO4，C正确；电解过程中，若pH过高则会导致Zn2＋、Cu2＋转化为沉淀，故应控制高盐废水的pH不能过高，D正确。
【对点练2】　生产硝酸钙的工业废水常含有NH4NO3，可用电解法净化。其工作原理如图所示。下列有关说法正确的是(　　)
A.a极为电源负极，b极为电源正极
B.装置工作时电子由b极流出，经导线、电解槽流入a极
C.Ⅰ室能得到副产品浓硝酸，Ⅲ室能得到副产品浓氨水
D.阴极的电极反应式为2NO＋12H＋＋10e－===N2↑＋6H2O
答案　C
解析　根据装置图，Ⅰ室和Ⅱ室之间为阴离子交换膜，即NO从Ⅱ室移向Ⅰ室，同理NH从Ⅱ室移向Ⅲ室，依据电解原理，a为正极，b为负极，A错误；根据电解原理，电解槽中没有电子通过，只有阴阳离子通过，B错误；Ⅰ室为阳极，电极反应式为2H2O－4e－===O2↑＋4H＋，得到较浓的硝酸。Ⅲ室为阴极，电极反应式为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，NH与OH－反应生成NH3·H2O，得到较浓的氨水，C正确、D错误。
3.利用交换膜进行物质制备
【例3】　(2024·南阳高二期中)已知四甲基氢氧化铵[(CH3)4NOH]是一种有机强碱，常用作电子工业清洗剂。以四甲基氯化铵[(CH3)4NCl]为原料，采用电渗析法合成[(CH3)4NOH]，工作原理如图。下列说法中错误的是(　　)
A.光伏并网发电装置中P型半导体电势高
B.c为阳离子交换膜，e为阴离子交换膜
C.b电极反应方程式为4OH－－4e－===O2↑＋2H2O
D.制备182 g四甲基氢氧化铵，两极共产生33.6 L气体(标准状况)
答案　B
解析　从图中可以看出，光伏并网发电装置中， a电极连接N型半导体，则其为负极，b电极连接P型半导体，则其为正极；电解装置中，a极为阴极，b极为阳极。从电解池a极区溶液中四甲基氢氧化铵[(CH3)4NOH]浓度增大，也可推出(CH3)4N＋透过c膜向a电极移动，则a电极为阴极，c膜为阳膜；Cl－透过d膜向右侧移动，则d膜为阴膜；Na＋透过e膜向左侧移动，则e膜为阳膜。光伏并网发电装置中，N型半导体为负极，P型半导体为正极，A正确；由分析可知，c、e为阳离子交换膜，B错误；b为阳极，溶液中的氢氧根离子失去电子生成氧气，电极反应为4OH－－4e－===2H2O＋O2↑，C正确；182 g四甲基氢氧化铵的物质的量为＝2 mol，则a极生成1 mol氢气，b极生成0.5 mol氧气，两极共产生1.5 mol气体，在标况下体积为33.6 L，D正确。
【对点练3】　硼酸(H3BO3)为一元弱酸，已知H3BO3与足量NaOH溶液反应的离子方程式为H3BO3＋OH－===B(OH)，H3BO3可以通过电解的方法制备。其工作原理如图所示(阳膜和阴膜分别只允许阳离子、阴离子通过)。下列说法正确的是(　　)
A.当电路中通过1 mol电子时，可得到1 mol H3BO3
B.将电源的正负极反接，工作原理不变
C.阴极室的电极反应式为2H2O－4e－===O2↑＋4H＋
D.B(OH)穿过阴膜进入阴极室，Na＋穿过阳膜进入产品室
答案　A
解析　A项，电解时，左侧石墨电极为阳极，右侧石墨电极为阴极，阳极上H2O失电子生成O2和H＋，即2H2O－4e－===O2↑＋4H＋，阴极上H2O得电子生成H2和OH－，即2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，当电路中通过1 mol电子时，阳极生成1 mol H＋，H＋通过阳膜进入产品室，与通过阴膜进入产品室的B(OH)反应生成1 mol H3BO3，正确；B项，电源正负极反接后，左侧石墨电极为阴极，阴极反应式为2H＋＋2e－===H2↑，H＋被消耗，无法移向产品室，不能生成H3BO3，错误；C项，由上述分析可知，阴极反应式为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，错误；D项，电解时原料室中Na＋穿过阳膜进入阴极室，B(OH)穿过阴膜进入产品室，错误。
4.利用交换膜进行“三废”处理和环境保护
【例4】　在直流电源作用下，双极膜中间层中的H2O解离为H＋和OH－，利用双极膜电解池产生强氧化性的羟基自由基(·OH)，处理含苯酚废水和含SO2的烟气的工作原理如图所示。下列说法错误的是(　　)
A.电势：N电极＞M电极
B.阴极电极反应式为O2＋2e－＋2H＋===2·OH
C.每处理9.4 g苯酚，理论上有2.8 mol H＋透过膜a
D.若·OH只与苯酚和SO2反应，则参加反应的苯酚和SO2物质的量之比为1∶14
答案　C
解析　M极上O2得电子生成羟基自由基(·OH)，说明M极为阴极，连接电源的负极，N极为阳极，故电势：N电极＞M电极，A正确；M为阴极，阴极上O2得电子生成羟基自由基(·OH)，电极反应式为O2＋2e－＋2H＋===2·OH，B正确；1 mol苯酚转化为CO2，转移28 mol电子，每处理9.4 g苯酚(即0.1 mol)，理论上有2.8 mol电子转移，则有2.8 mol H＋透过膜b，C错误；若·OH只与苯酚和SO2反应，转移电子数之比为28∶2，则参加反应的苯酚和SO2物质的量之比为1∶14，D正确。
【对点练4】　含有硝酸盐和亚硝酸盐的酸性废水可导致水体富营养化，引发环境污染。如图是利用电化学原理处理NO的原理，下列有关叙述错误的是(　　)
A.直流电源为铅酸蓄电池时，PbO2极连接X电极
B.Y电极上发生还原反应
C.阳极电极反应方程式为2H2O－4e－===O2↑＋4H＋
D.当产生28 g N2时，一定有6 mol H＋穿过质子交换膜
答案　D
解析　NO在Y电极得到电子转化为氮气，即Y为阴极，X为阳极，铅酸蓄电池PbO2极为正极，A正确；Y为阴极，发生还原反应，B正确；阳极区电解质为硫酸溶液，故电极反应式为2H2O－4e－===O2↑＋4H＋，C正确；由于不能确定参与电极反应的NO中氮元素的具体化合价，所以转移电子数无法确定，H＋迁移数量无法确定，D错误。
5.运用离子交换膜从废液中回收物质
【例5】　电解精炼铜的废液中含大量Cu2＋和SO，利用双膜三室电沉积法回收铜的装置如图。
(1)交换膜b为________离子交换膜(填“阴”或“阳”)。
(2)阳极的电极反应式为______________________________________。
(3)若从浓缩室收集到1 L 0.5 mol/L的Na2SO4溶液，则阴极可回收________ g铜(不考虑副反应)。
答案　(1)阴　(2)2Cl－－2e－===Cl2↑　(3) 25.6
解析　由题图可知，Na＋与SO透过交换膜进入浓缩室，由离子移动方向可知左侧电极为阳极，右侧电极为阴极；(1)阴极区SO通过交换膜b进入浓缩室，故交换膜b为阴离子交换膜；(2)左侧电极为阳极，电极上Cl－发生氧化反应生成Cl2，发生反应的电极反应式为2Cl－－2e－===Cl2↑；(3)若浓缩室得到1 L 0.5 mol·L－1的Na2SO4溶液，则有0.4 mol SO进入浓缩室，电路上有0.8 mol电子通过，可析出0.4 mol Cu，其质量为25.6 g。
【对点练5】　(2024·邢台高二期末)电渗析法可以富集盐湖卤水中的锂，原理如图所示，其中料液中主要含有Na＋、Li＋、Cl－、SO。下列说法错误的是(　　)
A.石墨电极a上的电极反应式为2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑
B.电解过程中，己室pH增大
C.Li＋富集室为乙室和丁室
D.每转移1 mol电子，经过C交换膜的离子小于1 mol
答案　B
解析　电极a与电源负极相连，为阴极，电极反应为2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑，A正确；石墨b与电源正极相连，是阳极，电极反应为2H2O－4e－===4H＋＋O2↑，即电解过程中，己室H＋浓度增大，pH减小，B错误；丙室中阳离子移向乙室，阴离子移向丁室，戊室中阳离子移向丁室，阴离子移向己室，故Li＋富集室为乙室和丁室，C正确；由题干图示信息可知，C膜为阴离子交换膜，阴离子中含有SO，根据电荷守恒可知，每转移1 mol电子，经过C交换膜的离子小于1 mol，D正确。
1.某改进后的锌铜原电池装置如图所示，其中阳离子交换膜只允许阳离子和水分子通过。下列有关叙述正确的是(　　)
A.正极发生的反应为Zn2＋＋2e－===Zn
B.乙中的Cu2＋通过交换膜移向甲
C.每消耗1 mol Zn，电路中转移2个e－
D.该装置可以防止Zn直接与CuSO4反应
答案　D
解析　铜极为正极，铜离子得到电子发生还原反应生成铜Cu2＋＋2e－===Cu，A错误；原电池中阳离子向正极移动，故甲中的Zn2＋通过交换膜移向乙，B错误；锌较活泼，失去电子发生氧化反应Zn－2e－===Zn2＋，则每消耗1 mol Zn，电路中转移2NA e－，C错误；该装置通过阳离子交换膜可以防止Zn直接与CuSO4反应，D正确。
2.一种水性电解液Al－PbO2离子选择隔膜电池如图所示{ KOH溶液中，Al3＋以[Al(OH)4]－的形式存在}。电池放电时，下列叙述正确的是(　　)
A.27 g Al参与反应，有1 mol SO从室2向室1迁移
B.负极的电极反应式为2Al－6e－＋8OH－===2[Al(OH)4]－
C.一段时间后，室2溶液浓度一定会减小
D.电路上转移1 mol电子时，理论上PbO2电极质量净减32 g
答案　B
解析　铝活动性较强，失去电子发生氧化反应为负极，负极反应为2Al－6e－＋8OH－===2[Al(OH)4]－；氧化铅电极得到电子发生还原反应为正极，正极反应为PbO2＋2e－＋4H＋＋SO===PbSO4＋2H2O；则放电过程中室1的钾离子向室2迁移、室3的硫酸根离子向室2迁移；27 g Al(为1 mol)参与反应，室1的钾离子向室2迁移，A错误；一段时间后，室2溶液浓度会变大，C错误；正极反应为PbO2＋2e－＋4H＋＋SO===PbSO4＋2H2O，电路上转移1 mol电子时，理论上消耗0.5 mol PbO2、同时生成0.5 mol PbSO4，电极质量增加32 g，D错误。
3.如下所示电解装置中，通电后石墨电极Ⅱ上有O2生成，Fe2O3逐渐溶解，下列判断错误的是(　　)
A.a是电源的负极
B.通电一段时间后，向石墨电极Ⅱ附近滴加石蕊溶液，出现红色
C.随着电解的进行，CuCl2溶液浓度变大
D.当0.01 mol Fe2O3完全溶解时，至少产生气体336 mL(标准状况)
答案　C
解析　根据题图，结合题意知，石墨电极Ⅱ上H2O发生氧化反应产生O2，故石墨电极Ⅱ是阳极，则b是电源的正极、a是电源的负极，A项正确；石墨电极Ⅱ上H2O放电产生O2和H＋：2H2O－4e－===4H＋＋O2↑，通电一段时间后，石墨电极Ⅱ附近溶液显酸性，能使石蕊显红色，B项正确；电解时，Cu2＋在石墨电极Ⅰ上放电生成Cu，左室中Cl－通过阴离子交换膜进入中间室，故CuCl2溶液的浓度减小，C项错误；由Fe2O3＋6H＋===2Fe3＋＋3H2O和阳极反应式可得Fe2O3～O2，故产生O2的体积是×0.01 mol×22.4 L·mol－1×103 mL·L－1＝336 mL，D项正确。
4.利用电解法制备Ca(H2PO4)2并得到副产物NaOH和Cl2。下列说法正确的是(　　)
A.C膜可以为质子交换膜
B.阴极室的电极反应式为2H2O－4e－===O2↑＋4H＋
C.可用铁电极替换阴极的石墨电极
D.每转移2 mol e－，阳极室中c(Ca2＋)降低1 mol·L－1
答案　C
解析　通过图示分析C膜只能是阳离子交换膜，A项错误；阴极室的电极反应式为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，B项错误；阴极电极不参与反应，故可用铁电极替换阴极的石墨电极，C项正确；未给出溶液体积，无法计算浓度，D项错误。
5.Co是磁性合金的重要材料，也是维生素重要的组成元素。工业上可用如下装置制取单质Co并获得副产品盐酸(A、B均为离子交换膜)：
下列说法正确的是(　　)
A.若阴极析出5.9 g Co，则加入0.1 mol Co(OH)2可将溶液恢复至原状态
B.A为阴离子交换膜，B为阳离子交换膜
C.若产品室Δn(HCl)＝0.2 mol，则两电解室溶液的质量变化差为|Δm阴极室溶液|－|Δm阳极室溶液|＝11.2 g
D.电解结束后，阳极室溶液的pH值增大
答案　C
解析　与电源正极相连的石墨电极为阳极，溶液中水发生氧化反应2H2O－4e－===4H＋＋O2↑，生成的H＋穿过A膜进入HCl(aq)产品室，阴极上Co2＋发生还原反应Co2＋＋2e－===Co，溶液中Cl－穿过B膜进入HCl(aq)产品室，电解过程总反应为2Co2＋＋2H2O4H＋＋Co＋O2↑。由总反应2Co2＋＋2H2O4H＋＋Co＋O2↑可知电解过程溶液中H元素质量不变，因此电解质复原不能加入Co(OH)2，A错误；由上述分析可知，A膜为阳离子交换膜，B膜为阴离子交换膜，B错误；若产品室Δn(HCl)＝0.2 mol，则阳极消耗0.1 mol H2O，阳极溶液质量减少0.1 mol×18 g/mol＝1.8 g，阴极消耗0.1 mol CoCl2，阴极溶液质量减少0.1 mol×130 g/mol＝13 g，因此两电解室溶液的质量变化差为|Δm阴极室溶液|－|Δm阳极室溶液|＝13 g－1.8 g＝11.2 g，C正确；电解结束后，阳极室中溶剂水减少，硫酸浓度增大，溶液的pH将减小，D错误。
6.二氧化碳的再利用是实现温室气体减排的重要途径之一。在稀H2SO4中利用电催化可将CO2同时转化为多种燃料，其原理如图所示，下列说法错误的是(　　)
A.一段时间后，阴极区溶液质量会减少
B.离子交换膜为阳离子交换膜
C.Pt电极上的电极反应式为2H2O－4e－===O2↑＋4H＋
D.若阴极只生成0.15 mol CO和0.35 mol HCOOH，则电路中转移电子的物质的量为1 mol
答案　A
解析　进入阴极区的二氧化碳和氢离子的质量大于生成的CO、CH4、C2H4的总质量，阴极区溶液质量会增加，A错误；由电荷守恒可知，氢离子由左侧向右侧迁移，故离子交换膜为阳离子交换膜，B正确；Pt电极为阳极，电极反应式为2H2O－4e－===O2↑＋4H＋，C正确；二氧化碳生成CO和HCOOH时，碳元素均由＋4价降低为＋2价，阴极只生成0.15 mol CO和0.35 mol HCOOH，则电路中转移电子的物质的量为(0.15 mol＋0.35 mol)×2＝1 mol，D正确。
7.双极膜在电渗析中应用广泛，它是由阳离子交换膜和阴离子交换膜复合而成。双极膜内层为水层，工作时水层中的H2O解离成H＋和OH－，并分别通过离子交换膜向两侧发生迁移。下图为NaBr溶液的电渗析装置示意图。
下列说法正确的是(　　)
A.出口2的产物为HBr溶液
B.出口5的产物为硫酸溶液
C.Br－可从盐室最终进入阳极液中
D.阴极电极反应式为2H＋＋2e－===H2↑
答案　D
解析　电解时， 溶液中的阳离子向阴极移动，阴离子向阳极移动，溶液中的Na＋向阴极移动，与双极膜提供的氢氧根离子结合，故出口2的产物为NaOH溶液，A错误；电解时， 溶液中的阳离子向阴极移动，阴离子向阳极移动，溶液中的Br－向阳极移动，与双极膜提供的氢离子结合，故出口4的产物为HBr溶液，钠离子不能通过双极膜，故出口5不是硫酸，B错误；结合选项B，Br－不会从盐室最终进入阳极液中，C错误；电解池阴极处，发生的反应是物质得到电子被还原，发生还原反应，水解离成H＋和OH－，则在阴极处发生的反应为2H＋＋2e－===H2↑，D正确。
8.利用电解可回收利用工业废气中的CO2和SO2，从而实现变废为宝，工作原理如图。下列说法正确的是(　　)
A.装置②中a为电源的负极
B.交换膜可采用质子交换膜
C.通电一段时间后甲区域的pH增大
D.装置①中存在：c(Na＋)答案　B
解析　含二氧化硫和二氧化碳的废气通入碳酸氢钠溶液中，二氧化硫与碳酸氢钠溶液反应生成二氧化碳和亚硫酸钠，二氧化碳气体通入装置②的右室，CO2在电源右侧电极上反应生成HCOOH，则CO2得电子，右侧电极为阴极，电极反应式为CO2＋2e－＋2H＋===HCOOH；碳酸氢钠和亚硫酸钠混合溶液通入装置②的左室，左侧电极上亚硫酸根离子失电子生成硫酸根离子，则左侧电极为阳极，电池总反应式为SO＋CO2＋H2OHCOOH＋SO。由分析可知，装置②的左室为阳极，则a为电源的正极，A错误；B.由图可知，乙室中CO2转化为HCOOH，电极反应式为CO2＋2e－＋2H＋===HCOOH，需要结合H＋，则交换膜可采用质子交换膜，B正确；装置②的甲室为阳极室，SO转化SO，电极方程式为H2O＋SO－2e－===SO＋2H＋，甲室H＋浓度增大，pH减小，C错误；装置①中溶液为碱性的，则c(H＋)c(HCO)＋2c(SO)，D错误。
9.利用反应6NO2＋8NH3===7N2＋12H2O为原理设计电池(如图所示，a、b电极均为惰性电极)，既能实现有效消除氮氧化物的排放，减小环境污染，又能充分利用化学资源。(阳离子交换膜只允许阳离子通过)
(1)电池工作时，电解质溶液中的K＋穿过阳离子交换膜向________(填“a”或“b”)电极移动。
(2)b电极上的电极反应式为___________________________________。
(3)电池工作一段时间后，左侧工作室溶液的pH________(填“变大”“变小”或“不变”)。
(4)电池工作时，每转移0.2 mol电子，此时右侧工作室溶液的质量将________(填“增大”或“减小”)________ g。
答案　(1)b　(2)4H2O＋2NO2＋8e－===N2＋8OH－　(3)变小　(4)增大　9.4
解析　(1)根据方程式分析氨气中氮化合价升高，失去电子，作负极，则a为负极，b为正极，电池工作时，根据原电池“同性相吸”，则电解质溶液中的K＋穿过阳离子交换膜向b电极移动。(2)b电极是二氧化氮得到电子变为氮气，则电极反应式为4H2O＋2NO2＋8e－===N2＋8OH－。(3)电池工作一段时间后，a电极电极反应式为2NH3＋6e－＋6OH－===N2＋6H2O，则左侧工作室溶液的pH变小。(4)电池工作时，每转移0.2 mol电子，此时左侧有0.2 mol钾离子进入到右侧，0.05 mol二氧化氮消耗，生成0.025氮气，因此右侧工作室溶液的质量将增大0.2 mol×39 g·mol－1＋0.05 mol×46 g·mol－1－0.025 mol×28 g·mol－1＝9.4 g。
10.LiSO2Cl2电池可作为电源电解制备Ni(H2PO2)2，其工作原理如图所示。已知电池反应方程式为2Li＋SO2Cl2===2LiCl＋SO2↑。
回答下列问题：
(1)Li电极是________(填“正极”或“负极”)，C电极上的电极反应为__________________________________________________________。
(2)Li电极与________(填“镍”或“不锈钢”)相连，膜c为________交换膜(填“阳离子”或“阴离子”)。
(3)电解一段时间后，Ⅳ室中氢氧化钠溶液浓度将________(填“增大”“减小”或“不变”)。
(4)理论上产品室每获得283.5 g的Ni(H2PO2)2，Li电极的质量减少________ g。
答案　(1)负极　SO2Cl2＋2e－===2Cl－＋SO2↑
(2)不锈钢　阳离子　(3)增大　(4)21
解析　图中图1电池为原电池，图2为电解池。在原电池中，Li电极为负极，C电极为正极；电解池中，因为要在产品室中获得Ni(H2PO2)2，所以镍电极为阳极，不锈钢电极为阴极。Ni2＋透过膜a进入产品室，则膜a为阳离子交换膜；Ⅲ室中的H2PO透过膜b进入产品室，则膜b为阴离子交换膜；Ⅲ室中的Na＋透过膜c进入Ⅳ室，则膜c为阳离子交换膜。(1)Li电极是负极；C电极(正极)上，SOCl2获得电子生成SO2和Cl－，电极反应为SO2Cl2＋2e－===2Cl－＋SO2↑。(2)因为镍电极为阳极，不锈钢电极为阴极，则Li电极与不锈钢相连，膜c为阳离子交换膜。(3)Ⅳ室中，H2O得电子生成H2和OH－，Na＋从Ⅲ室进入Ⅳ室，则电解一段时间后，Ⅳ室中氢氧化钠溶液浓度将增大。(4)283.5 g Ni(H2PO2)2的物质的量为＝1.5 mol，则线路中转移电子3 mol，Li电极上失电子的Li为3 mol，质量减少3 mol×7 g/mol＝21 g。

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